如果我們全殲黃維兵團取得第二個大勝利，對於江北戰局將是有決定意義的勝利，而全殲邱、李、孫兵團的決戰勝利，對於全國戰局將有決定性意義。我們要有連續作戰克服任何艱難困苦的思想準備，不顧一切爭取決戰勝利的無敵氣概。必須針對戰役的決戰性及其連續性，善於抓緊時間，利用戰鬥間隙迅速整理組織，充實戰力，做好連續作戰的組織準備。加強一切作戰準備。各兵團之間，各部隊之間，要更注意密切協同，要注意步炮協同，以我們的團結一致和協同動作，取得徹底殲滅當麵敵人的勝利。我們的口號是“：活捉黃維，活捉邱清泉、李彌、孫元良，為全殲當麵敵人而戰！”
華東野戰軍在查明敵人動向後，立即指揮各縱隊於30日夜和12月1日展開尾追、平行追擊與迂回截擊。命令渤海縱隊經大許家、宿羊山地區沿隴海路西進，不久進駐徐州，擔任警備任務；命令謝振華第十二、葉飛第一、陶勇第四共3個縱隊分由潘塘鎮、褚蘭、雙溝等地並列向徐州、蕭縣間尾敵追擊；命令聶鳳智第九、張仁初第八、孫繼先第三、錢鈞魯中南共4個縱隊分別由城陽、桃山集、路疃向瓦子口、濉溪口作平行追擊；命令宋時輪第十縱隊由塘圩、滕海清第二、胡炳雲第十一縱隊由固鎮地區，分別向永城、渦陽、亳州方向急進，迂回攔擊。
2日，華東野戰軍迂回部隊進至大茴村和五戶張集一線，截斷了敵人向永城的逃路；追擊部隊已在蕭縣西南瓦子口、孟集地區追上敵人，並立即多路向敵開展猛攻。
杜聿明集團撤出徐州後，各部爭相逃命，人員車輛擁擠不堪，混亂異常，前進很困難。杜聿明不得不於12月2日停止在孟集、李石林、袁圩、洪河集地區進行整頓。杜聿明經調整部署，采取東西北三麵掩護，向東南逐次躍進突擊，企圖與黃維會合。華東野戰軍立即采取三麵突擊，一麵堵擊，以壓縮敵人。杜聿明4日給蔣介石的電報中稱：“部隊零散，無法應戰，故停止整頓一晚，三日繼續攻擊前進，則四麵皆敵，且戰且退，極為遲緩。”
4日拂曉，華東野戰軍將杜聿明集團全部合圍在陳官莊、青龍集、李石林地區。解放軍經過3天的勇猛追擊、堵截，共殲敵2萬人，俘敵1.4萬餘人。5日，杜聿明召集邱清泉、李彌、孫元良等研究突圍辦法，未向蔣介石報告即自行決定，當日黃昏各兵團同時各自向淮河以南突圍。但是，杜聿明懼怕突圍失敗，蔣介石怪罪下來，擔當不起，又取消自行突圍的決定。然而孫元良第十六兵團已搶先於當晚向西南突圍，其主力即被華東野戰軍張仁初第八縱隊和冀魯豫軍區、豫皖蘇軍區地方武裝分別殲滅於永城附近之黃瓦房、張老窩和亳縣地區，殘部縮回包圍圈內，孫元良率少數隨從人員化裝乘隙逃脫。
7日至10日，杜聿明數次組織其主力在坦克重炮掩護下，向東南方向突圍，未能得逞。傷亡不斷增加，陣地逐漸縮小，不得已調整部署，固守待援。